羅 崴，梁禮革，朱明占，康志強

（廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院，南寧 530023）

陽朔縣月亮山地熱田資源量評價

羅 崴，梁禮革，朱明占，康志強

（廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院，南寧 530023）

通過對陽朔縣月亮山地熱田的地層巖性、斷裂構(gòu)造及地熱地質(zhì)特征進行分析研究，建立了地熱概化模型。結(jié)合野外勘查工作成果，利用熱儲法對地熱田地熱資源進行評價。根據(jù)地熱井抽水試驗，用開采強度法對地熱水可開采量進行計算。結(jié)果顯示研究區(qū)地熱資源總量為8.28×1013kJ，可利用地熱資源量為4.07×1013kJ，地熱水資源總量為4.63×108m3，地熱水中儲存熱量為4.07×1013kJ，地熱田熱水可開采資源量為1 590 m3/d。

陽朔縣；月亮山；地熱田；地熱資源；熱儲法；開采強度法

1 引言

地熱資源是指能夠經(jīng)濟地被人類所利用的地球內(nèi)部的地熱能、地熱流體及其有用部分[1]。地熱是一種利用前景廣闊的新型清潔環(huán)保的能源，全球地熱儲量1.45×1026J，資源分布廣泛，開發(fā)潛力巨大[2]。我國水熱型地熱資源主要有高溫對流型、中低溫對流型和中低溫傳導(dǎo)型[3]。而中低溫地熱資源分布廣泛，在對其直接利用中供暖占18%，醫(yī)療洗浴與娛樂占65.2%，種養(yǎng)殖占9.1%，其它占7.7%[4-5]。目前我國地熱資源直接利用量居世界之首，但其開發(fā)利用水平、研究程度及管理規(guī)范等方面尚待完善[6]。近年來，廣西也加大了地熱流體資源、淺層地溫能、干熱巖等方面調(diào)查評價和開發(fā)研究，拓展地熱資源新領(lǐng)域[7]，但研究程度相對較低。研究區(qū)位于桂林市陽朔縣十里畫廊末端月亮山風景區(qū)，在此開發(fā)地熱資源，發(fā)展溫泉旅游，有利于提升月亮山的旅游品質(zhì)，促進地方經(jīng)濟發(fā)展[8]。為了合理地規(guī)劃與開發(fā)地熱資源，地熱資源量計算與評價是其可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。

2 研究區(qū)概況

2.1 研究區(qū)基礎(chǔ)地質(zhì)條件

研究區(qū)主要分為碳酸鹽巖地層和碎屑巖地層，局部為第四系松散層所覆蓋。碳酸鹽巖地層包括融縣組（D3r）、谷閉組（D3gb）、榴江組（D3l）、桂林組（D3g）、東崗嶺組（D2d）、民塘組（D2m）及塘家灣組（D2t），巖性主要為灰?guī)r、硅質(zhì)巖、白云巖。碎屑巖地層為信都組（D2x）和四排組（D2s）砂巖、頁巖、泥巖，其中四排組地層主要為鉆孔揭露。

月亮山地熱田主要受北西向構(gòu)造體系及其次一級的構(gòu)造影響，具體為切割較深的北西向高田斷裂與北西向龍門斷裂、東西向龍城斷裂的復(fù)合交匯地帶。受其活動影響，深部次一級斷裂、裂隙較發(fā)育，為區(qū)內(nèi)地熱資源的成生創(chuàng)造了良好的熱源對流傳遞的通道條件。

2.2 研究區(qū)地熱地質(zhì)條件

2.2.1 熱源及控熱構(gòu)造

地熱田主要熱源是上地幔熱及地殼深部結(jié)晶基底放射性蛻變產(chǎn)熱共同形成的大地熱流[8]，局部存在沿深大斷裂對流型熱源。區(qū)內(nèi)較大斷裂為高田斷裂及同期伴生的龍門斷裂和龍城斷裂，溝通深部熱源并使大地熱流不斷地向地表傳導(dǎo)，為主要的控熱構(gòu)造。

2.2.2 熱儲及蓋層

地熱田熱儲主要由信都組（D2x）和四排組（D2s）泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖、砂巖等組成，構(gòu)造裂隙發(fā)育，具有較好的儲水儲熱性能。而信都組（D2x）粉砂質(zhì)頁巖、頁巖、泥巖和四排阻（D2s）泥質(zhì)頁巖、頁巖等，屬柔性巖石，節(jié)理裂隙發(fā)育較弱，具有很好的隔熱保溫作用，構(gòu)成本區(qū)良好的蓋層。兩組地層中的泥質(zhì)巖與砂類巖在垂向上呈互層狀復(fù)合圈閉結(jié)構(gòu)，即熱儲及蓋層呈復(fù)合圈閉結(jié)構(gòu)，地熱水具多層承壓性質(zhì)（見圖1）。

圖1 月亮山地熱田范圍

3 地熱概化模型的建立

月亮山地區(qū)地熱系統(tǒng)為一個斷裂構(gòu)造與地層圈閉而成的水熱對流地熱系統(tǒng)（見圖2）。在面上包括降雨補給區(qū)、斷裂導(dǎo)水逕流區(qū)和排泄區(qū)。在垂向上，上部為信都組（D2x）和四排阻（D2s）的泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖、砂巖、粉砂質(zhì)頁巖、泥質(zhì)頁巖、頁巖、泥巖等，其中的砂類巖構(gòu)成區(qū)內(nèi)良好的熱儲層，而泥質(zhì)巖形成較好的蓋層，兩者呈復(fù)合圈閉結(jié)構(gòu)，下部底板為古生代碎屑巖地層。底部為結(jié)晶基底，其頂面埋深約9 km，厚約9～10 km，其下為硅鎂質(zhì)下殼層，再下則到上地幔。

地熱水補給來源主要為降雨入滲補給。在熱儲層裸露地帶，降雨入滲后，淺層地下水由南向北逕流往最低排泄基準面—金寶河排泄。而最低排泄基準面以下的地下水，在水力和熱力的驅(qū)動下沿斷裂帶和巖石孔隙向深部運移，經(jīng)過緩慢的循環(huán)交替逕流運動后被圍巖加熱，形成地熱水。

4 地熱資源量評價

因月亮山地區(qū)地熱開發(fā)利用研究程度較低，所以進行地熱資源量評價，對于指導(dǎo)該區(qū)地熱長期開采是十分重要的[6]。而熱儲法不僅應(yīng)用范圍較廣，而且方法成熟，計算可靠，簡便可行[9]。所以用熱儲地熱系統(tǒng)的水熱對流傳遞主要有層間對流傳遞、通過隔水層傳遞、通過導(dǎo)水斷層傳遞3種形式[8]。法計算地熱資源量，用回收率法計算可利用地熱資源量。由于本次對兩口地熱井進行了抽水試驗，利用開采強度法對地下熱水可采資源量進行計算，計算結(jié)果更符合地熱田實際開采情況。

圖2 月亮山地熱概化模型

4.1 地熱田范圍圈定

研究區(qū)中部碎屑巖丘陵區(qū)為信都組（D2x）地層由北西向南東呈條帶狀展布，形成背斜軸部，高田斷裂沿軸部切過，斷失背斜西翼，只存在東翼，本次主要對背斜東翼進行計算。背斜東翼傾向東北，傾角30°～40°，延伸至向斜軸部。在背斜軸部D2x地層裸露區(qū)圈定地熱田的范圍，綜合考慮地層界線、構(gòu)造影響與研究區(qū)的范圍，地熱田西南側(cè)以高田斷裂為界，北側(cè)以近東西向龍城斷裂為界，東側(cè)以龍門斷裂及地層線為界，而南面則以研究區(qū)邊界為界，從而可得地熱田范圍為不規(guī)則的圖形（見圖1），面積為3.2 333 km2。

4.2 計算公式

（1）熱儲中儲存的熱量

（2）儲存水量及地熱水中儲存的熱量

（3）回采率

式中：Q——熱儲中儲存的熱量，kJ；

Vw——地熱水儲存量，m3；

φ——熱儲巖石的孔隙度（無量綱）；

A——熱儲層過水斷面面積，m2；

d——熱儲延伸垂直深度，m；

Qw——地熱水中存儲的熱量，kJ；

ρr——熱儲巖石密度，kg/m3；

Cr——熱儲巖石比熱，kJ/kg·℃；

ρw——地熱水密度，按規(guī)范取1 000 kg/m3；

Cw——地熱水比熱，按規(guī)范取4.1868kJ/kg·℃；

tr——熱儲溫度，℃；

t0——當年平均氣溫，取18.5℃。

4.3 計算參數(shù)選取

在熱田范圍內(nèi)地熱系統(tǒng)為儲蓋復(fù)合圈閉結(jié)構(gòu)，據(jù)鉆孔資料，其中熱儲約占36%，則熱儲層過水斷面面積A=1 163 988㎡。而由淺層土壤測溫確定D2x地層恒溫帶深20 m，溫度為22.9℃，由地熱孔測溫可得平均地溫梯度為2.19℃/100 m，則達到地熱水要求溫度（25℃）深度為116 m，以此為熱儲頂界。而底部則以信都組延伸至向斜軸部深度為底界，根據(jù)背斜東翼的傾角（平均35°）及兩構(gòu)造軸部平面距離，可算出底界深度為1 441.72 m，溫度為54.03℃，則熱儲平均溫度為39.52℃。而從頂界到底界熱儲垂直深度為1 325.72 m，即d=1 325.72 m。而對于熱儲巖石和水的物理參數(shù)，可根據(jù)已有的勘查資料及巖樣測試結(jié)果得到，具體各參數(shù)數(shù)值見表1。

表1 主要參數(shù)數(shù)值表

4.4 地熱資源計算結(jié)果

經(jīng)計算，研究區(qū)熱儲地層中地熱資源總量為8.28×1013kJ，若煤的熱值按29.3×106J/kg計算，則地熱資源總量折合標準煤282.594萬t。計算得回采率為49.21%，則可利用地熱資源量為4.07×1013kJ，折合標準煤138.908萬t。地熱水資源總量為4.63×108m3，地熱水中儲存熱量為4.07×1013kJ，折合標準煤138.908萬t。

4.5 開采強度法計算地熱水可開采資源量

4.5.1 地熱井抽水試驗

本次施工的兩口地熱井DZK1、DZK2位于地熱田內(nèi)的九牛嶺（見圖1），DZK1井深800 m，DZK2井深600 m，兩井間距為74.63 m。對地熱井主要進行多井抽水試驗和群井抽水試驗。多井抽水試驗時，分別單獨對其中一口地熱井進行兩次降深的穩(wěn)定流抽水，而群井抽水試驗則是兩口地熱井同時以最大流量進行抽水，使其相互干擾，模擬后期實際開采的抽水情況。

4.5.2 水文地質(zhì)參數(shù)計算

（1）多井抽水試驗計算。

首先判斷各曲線曲度并對其降深值進行修正，后用試算法計算其相關(guān)參數(shù)，公式為

式中：Q——地熱井出水量，m3/d；

m——承壓含水層厚度，m；

Sw——水位降深，m；

rw——地熱井出水層位的半徑，m。

計算結(jié)果見表2。

表2 多井抽水試驗計算結(jié)果表

（2）群井抽水試驗計算

利用干擾井抽水的疊加原理公式計算，2口地熱井同時抽水時計算公式如下[10]：

式中：Sw1、Sw2——兩口井的水位降深；

Q1、Q2——兩口井的流量；

R1、R2——兩口井的影響半徑；

rw1、rw2——兩口井出水層位井管半徑；

r12——為 DZK2到DZK1的距離；

r21——為 DZK1到DZK2的距離。

結(jié)合方程組（8）和公式（7），計算相關(guān)參數(shù)如表3。

表3 群井抽水試驗計算結(jié)果表

計算結(jié)果顯示，群井抽水試驗時最大影響半徑是單抽一口井時的2.5～2.7倍，說明群井抽水時由于相互干擾，降落漏斗范圍變得更大，而降深反而變小，符合實際干擾抽水情況，其計算結(jié)果較為可靠。

4.5.3 地熱水可開采資源量計算

以地熱井抽水試驗資料繪制Q=f（s）曲線，然后確定水流方程以內(nèi)插法計算確定地熱井可開采量。按多井抽水試驗結(jié)果，采用曲度判斷DZK1曲線屬指數(shù)型，可計算確定其曲線方程為LgQ=-1.827+LgS/1.226，然后綜合考慮DZK1在抽水試驗中最大出水能力、群井相互干擾時盡量減小降深值和地熱井實際開采經(jīng)濟技術(shù)條件，確定DZK1最大水位降深為223 m，將其代入曲線方程中可以計算出其最大允許開采量為105.93 m3/d，取整數(shù)為106 m3/d。綜上可得到地熱井最大允許開采量為106 m3/d，最大影響半徑可達到259.38 m，則最大相互干擾影響面積為0.211 km2，以此推算地熱田范圍內(nèi)可以布15口地熱井，則地熱田熱水可開采資源量為1 590 m3/d。

5 結(jié)語

（1）通過對月亮山地區(qū)地熱地質(zhì)條件分析可知其地熱系統(tǒng)為一個斷裂構(gòu)造與地層圈閉而成的水熱對流地熱系統(tǒng)，主要熱源是大地熱流，主要控熱構(gòu)造為高田斷裂及同期伴生的龍門斷裂和龍城斷裂，熱儲與蓋層呈復(fù)合圈閉結(jié)構(gòu)，地熱水來源于大氣降雨補給，降雨入滲后，沿深大斷裂帶向深部運動，經(jīng)過緩慢的循環(huán)交替徑流運動后被圍巖加熱，形成地熱水。

（2）根據(jù)熱儲所在的地層的構(gòu)造形態(tài)特征，結(jié)合勘查工作取得成果，利用熱儲法計算出地熱資源總量為8.28×1013kJ，可利用地熱資源量為4.07×1 013kJ，地熱水資源總量為4.63×108m3，地熱水中儲存熱量為4.07×1013kJ。結(jié)合地熱井抽水試驗，利用開采強度法可得地熱田熱水可開采資源量為1 590 m3/d。區(qū)內(nèi)地熱資源儲藏較豐富且潛力較大，而地熱水可開采資源量對以后地熱資源實際開采及可持續(xù)發(fā)展具有重要的指導(dǎo)意義。

[1]GB/T11615-2010，地熱資源地質(zhì)勘查規(guī)范[S].

[2] 彭 凱，趙振華，房 浩.濱州西部地熱資源計算與評價研究[J].地下水，2015，37（5）:22-24，32.

[3] 任國澄.淺談地熱資源及儲量計算方法[J].西部探礦工程，2015（11）：108-110.

[4] 鹿清華，張曉熙，何祚云.國內(nèi)外地熱發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢分析[J].2012，2（1）：39-42.

[5] 馬立新，田舍.我國地熱能開發(fā)利用現(xiàn)狀與發(fā)展[J].中國國土資源經(jīng)濟，2006（9）：19-22.

[6] 孫 穎，許輝熙，劉久榮，等.中低溫地熱田的地熱資源計算評價—以北京小湯山地熱田為例[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2009，37（14）：6535-6537.

[7] 黃 強.為地熱能源“加熱”—廣西地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局拓展地熱新能源領(lǐng)域記略[J].南方國土資源，2015（6）：47-48.[8] 朱明占.陽朔月亮山地熱成因與水熱對流傳遞特征[J].南方國土資源，2013（6）：33-35，38.

[9] 王治祥，溫金梅，李德龍.熱儲法在地熱資源評價中的應(yīng)用—以重慶巴南區(qū)地熱田為例[J].地下空間與工程學報，2015（11）：342-346.

[10] 薛禹群，朱學愚，吳吉春，等.地下水動力學[M].北京：地質(zhì)出版社，2010.

（責任編輯：劉征湛）

Geothermal resources evaluation for moon hill geothermal field in Yangsuo County

LUO Wei，LIANG Li-ge，ZHU Ming-zhan，KANG Zhi-qiang

（Guangxi Geological Survey Institute，Nanning 530023，China）

Analysis was made on the strata lithology，fault structures and geothermal geological characters of moon hill geothermal field in Yangsuo County，based on which the geothermal gerneralized model was set up.Combined with the achievements of field survey，geothermal resources were evaluated by thermal storage method.With the da?ta out of geothermal well pumping test，geothermal water mining capacity was calculated by mining intensity meth?od.The results of evaluation demonstrate the total geothermal reserve is 8.28×1013kJ，the available reserve 4.07×1013kJ，geothermal water resources 4.63×108m3，heat storage of geothermal water 4.07×1013kJ，exploitable geother?mal water capacity 1590m3/d.

Yangsuo County；moon hill；geothermal field；geothermal resources；thermal storage method；mining intensity method

P314.1

B

1003-1510（2016）03-0021-05

2016-03-10

羅 崴（1986-），男，廣西南丹縣人，廣西地質(zhì)調(diào)查院助理工程師，學士，主要從事水文地質(zhì)、地熱地質(zhì)、巖溶地質(zhì)調(diào)查研究工作。